芬頓反應(yīng)簡(jiǎn)介
Fenton 氧化法是一種高級(jí)氧化技術(shù)。 1894 年，法國(guó)科學(xué)家 Fenton 發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下， H2O2 在Fe2+離子的催化作用下可有效的將酒石酸氧化。后人將 H2O2 和 Fe2+命名為 Fenton 試劑。 1964 年Eisenhouser 首次使用 Fenton 試劑處理苯酚及烷基苯廢水， 開創(chuàng)了 Fenton 試劑在環(huán)境污染物處理中應(yīng)用的先例。該法既可以作為廢水處理的預(yù)處理，又可以作為廢水處理的最終深度處理。所以， Fenton試劑在廢水處理中有著廣闊的應(yīng)用前景，日益受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。
隨著環(huán)境科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 近三十年來(lái)， Fenton法派生出許多分支，如光-Fenton 法、電-Fenton 法、超聲-Fenton 法等。因此，從廣義上講可以把除普通 Fenton 法外，其余的通過(guò) H2O2 產(chǎn)生羥基自由基處理有機(jī)物的技術(shù)稱為類 Fenton 試劑法。雖然Fenton 試劑在處理難生物降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水時(shí)有其它方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但是單獨(dú)使用 Fenton 試劑處理廢水成本會(huì)很高。 所以近年來(lái)， Fenton 試劑與其它技術(shù)（如生物法、絮凝法、吸附法等）聯(lián)合處理廢水也得到了廣泛的研究和應(yīng)用。從發(fā)展歷程來(lái)看， Fenton 法基本上是沿著光化學(xué)、電化學(xué)以及和其它方法聯(lián)用的 3 條路線向前發(fā)展的。
二、芬頓反應(yīng)原理
Fenton 試劑在水處理中的作用主要包括對(duì)有機(jī)物的氧化和混凝兩種作用。對(duì)有機(jī)物的氧化作用是指 Fe2+與 H2O2 作用，生成具有極強(qiáng)氧化能力的羥基自由基·OH 而進(jìn)行的游離基反應(yīng)；另一方面，反應(yīng)中生成的 Fe(OH)3 膠體具有絮凝、吸附功能，也可去除水中部分有機(jī)物。
1、自由基原理
Fenton 試劑之所以具有很強(qiáng)的氧化能力，是因?yàn)?H2O2 被 Fe2+催化分解生成羥基自由基（·OH），并引發(fā)產(chǎn)生更多的其它自由基。其詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理如下：
整個(gè)體系的反應(yīng)十分復(fù)雜，其關(guān)鍵是通過(guò) Fe2+在反應(yīng)中起激發(fā)和傳遞作用，使鏈反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行直至 H2O2 耗盡[10]。以上鏈反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基具有如下重要性質(zhì)。
（1）氧化能力強(qiáng)。 羥基自由基的氧化還原電位為 2.8V，僅次于氟（ 2.87V），這意味著其氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通的化學(xué)氧化劑，能夠氧化絕大多數(shù)有機(jī)物，而且可以引發(fā)后面的鏈反應(yīng)，使反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。
（2）過(guò)氧化氫分解成羥基自由基的速度很快，氧化速率也較高。羥基自由基與不同有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)相差很小，反應(yīng)異常迅速。另一方面，也表明羥基自由基對(duì)有機(jī)物氧化的選擇性很小，一般的有機(jī)物都可以氧化。
（3）羥基自由基具有很高的電負(fù)性或親電性。這決定了 Fenton 試劑在處理含硝基、磺酸基、氯基等電子密度高的有機(jī)物的氧化方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
（4）羥基自由基還具有加成作用。 當(dāng)有碳碳雙鍵存在時(shí)，除非被進(jìn)攻的分子具有高度活潑的碳?xì)滏I，否則，將發(fā)生加成反應(yīng)。
2、絮凝作用原理
Fenton 試劑在對(duì)一些實(shí)際廢水處理過(guò)程中存在的現(xiàn)象有時(shí)候難以用羥基自由基機(jī)理解釋。 研究指出，F(xiàn)enton 試劑在處理有機(jī)廢水時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生鐵水絡(luò)合物。主要反應(yīng)式如下：
當(dāng)pH值為3～5時(shí)，上述絡(luò)合物變成：
以上反應(yīng)方程式表示了 Fenton 試劑具有絮凝功能。研究表明， Fenton 試劑所具有的這種絮凝功能是 Fenton 試劑降解 COD 的重要組成部分。因此可以看出利用 Fenton 試劑處理廢水所取得的較好的處理效果，不是單純因?yàn)?middot;OH 的作用，這種絮凝功能同樣起到了重要的作用。
三、Fenton 氧化法-活性炭吸附法聯(lián)用
吸附法就是采用吸附劑除去污染物的方法，其中活性炭具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，是目前廢水處理中普遍采用的吸附劑。但由于活性炭?jī)r(jià)格較高，因而一般將其應(yīng)用于低濃度污染性強(qiáng)的廢水處理或廢水深度處理中[42]。但對(duì)于存在大分子有機(jī)物、 COD 值很高的廢水， Fenton 試劑-活性炭法聯(lián)用技術(shù)卻有很好的去除效果。采用活性炭吸附過(guò)濾-Fenton 試劑聯(lián)合工藝，對(duì)硫酸鹽木漿造紙廠去除冷凝污水中的難降解有機(jī)物。結(jié)果表明：在最佳條件下，可使冷凝污水中的 COD 去除率達(dá) 75%左右，處理后的水質(zhì)清澈透明、無(wú)味，其 COD 值可達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。采用UV/Fenton 試劑法+活性炭組合處理微污染水源水，在最佳條件下，單純使用 UV/Fenton 試劑法可使COD 降解 42.3%，但組合工藝可使 COD 降解65.6%；并對(duì)單獨(dú)活性炭吸附與 UV/Fenton+活性炭組合工藝對(duì)有機(jī)物去除率進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：活性炭吸附對(duì)于水中危害較大的鹵代烴和大分子有機(jī)物吸附效果不太理想，并且活性炭吸附后再生問題一直難以得到滿意的解決；而組合工藝不僅可去除水中的難降解有機(jī)物，而且對(duì)水中有害、有毒物質(zhì)去除效果比較理想，同時(shí)由于高級(jí)氧化出水中殘留有過(guò)氧化氫，經(jīng)活性炭吸附后，可顯著地延長(zhǎng)活性炭的過(guò)濾周期。
四、Fenton及中和混凝沉淀試劑
1、芬頓試劑
投加順序：加酸調(diào)整PH后加硫酸亞鐵最后加雙氧水。
投加量，以COD含量計(jì)：
處理反應(yīng)器中的pH值在3.0左右
H2O2：COD=1:1 （質(zhì)量濃度）
硫酸亞鐵跟雙氧水的體積比一般為：3:1。也就是說(shuō)Fe2+：H2O2=1:3的摩爾濃度進(jìn)行投加
芬頓藥劑投加量除了與水中污染物含量有關(guān)（有機(jī)物一般體現(xiàn)為還原性），還與藥劑含量及水質(zhì)因素有關(guān)，因此芬頓藥劑的投加比例及濃度需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
2、中和混凝沉淀
藥劑：堿（片堿）、PAC、PAM。
五、Fenton加藥注意問題
芬頓法（Fenton）處理廢水效果好且反應(yīng)迅速，正在我國(guó)廢水處理中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)投加硫酸亞鐵與雙氧水的反應(yīng)體系處理廢水。尤其對(duì)印染廢水的色度，COD，以及懸浮物有著相當(dāng)高的去除率。
芬頓試劑通過(guò)對(duì)硫酸亞鐵與雙氧水進(jìn)行配比投加，因廢水的性質(zhì)與其污染物成份不同，有機(jī)物結(jié)構(gòu)形式的不同也直接影響Fe2+/H2O2比值的大小，所以硫酸亞鐵與H2O2的投加比例需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)才得。硫酸亞鐵在芬頓中作為催化與混凝作用存在，在其二價(jià)鐵被氧化成三價(jià)鐵的時(shí)候，產(chǎn)生大量的羥基自由基，破壞分解有機(jī)污染物去除。
芬頓反應(yīng)中硫酸亞鐵與雙氧水的物料比例有一個(gè)線性關(guān)系，且雙氧水的投加量與污染物COD含量的關(guān)系，1mo的COD大概需要2mol雙氧水，實(shí)際應(yīng)用上會(huì)有偏差，應(yīng)以小試為準(zhǔn)。如果雙氧水投加量過(guò)則會(huì)使得生物菌大量死亡，造成對(duì)微生物系統(tǒng)處理效果大打折扣,并可能出現(xiàn)大量的泡沫狀物質(zhì)，需加入一定量的還性物質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)救。
芬頓體系中理論上PH值為3-5時(shí)其脫色效果最好（80~90%）,CODcr的去除率達(dá)80%以上。但如果硫酸亞鐵投加量過(guò)的話，會(huì)造成一定量的鐵離子沉淀使得廢水呈淺黃色現(xiàn)象，造成在給廢水脫色后由于繼續(xù)投加硫酸亞鐵使得其出現(xiàn)二次污染，也稱返色現(xiàn)象。
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